Significance of metabolic activation of lumisterol in the skin
皮肤中光甾醇代谢激活的意义
基本信息
- 批准号:9756150
- 负责人:
- 金额:$ 32.85万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2022-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:7-dehydrocholesterolAdrenal GlandsBindingBiochemical PathwayBiochemistryBioinformaticsBiologicalBlood CirculationC10CYP11A1 geneCellsChemistryChinese Hamster Ovary CellCholecalciferolCholesterolCleaved cellComputer SimulationCoupledCrystallizationCutaneousDNA DamageDataDockingDoseEnzymesEpidermisEvaluationExposure toFollow-Up StudiesGene ExpressionGene SilencingGenesGenetic Complementation TestGenetic TranscriptionGenomicsGonadal structureHomeostasisHumanHuman bodyIntoxicationInvestigationLigand Binding DomainLigandsMeasuresMediatingMetabolicMetabolic ActivationMethodsModelingMolecularMolecular BiologyMolecular ConformationMusOrganOrgan Culture TechniquesOutcomeOxidative StressPathologyPathway interactionsPharmacologyPhenotypePhysiologicalPlacentaPlayPregnenoloneProcessProductionRecombinantsRegulationReporterRoleSamplingSchemeSerumSideSignal TransductionSkinSkin PhysiologyStereoisomerSteroid biosynthesisSteroidsStructureSystemTechniquesTestingTetanus Helper PeptideTransactivationUVB inducedUltraviolet B Radiationabsorptionbasedesigngenetically modified cellsin vivointerestkeratinocytekeratinocyte differentiationmolecular modelingmultidisciplinarynovelorphan nuclear receptor ROR-gammaphotoprotectionpredictive modelingpreventprogramsreceptorsimulationskin barrierstressortranscriptome sequencingwhole genome
项目摘要
UVB breaks the B-ring of 7-dehydrocholesterol leading to the formation of pre-vitamin D3 that either undergoes
thermal isomerization to D3 or photoisomerization to lumisterol (L3) in a 9β,10α-configuration. L3 is the major
photoisomer formed after prolonged exposure of the skin to UVB energy, in a process that is irreversible. L3
has been considered to be metabolically and biologically inactive with its formation explaining why UVB
induced cutaneous production of pre-D3 does not lead to systemic intoxication by D3. Recently we found that
L3 is metabolized by CYP11A1 to 22(OH)L3, 24(OH)L3, 20,22(OH)2D3 and pregnalumisterol (pL) [collectively
called (OH)nL3]. Uning LC/qTOF-MS we demonstrated the presence of L3 in human serum at levels higher
than D3, and detectable levels of (OH)nL3 in the epidermis and serum. Furthermore, we found that (OH)nL3
inhibits the proliferation of human epidermal keratinocytes and that 20(OH)L3 stimulates the expression of
genes associated with keratinocyte differentiation and protection against oxidative stress. Our preliminary
molecular modeling predicts that the major (OH)nL3 products can act on RORα and RORγ showing favorable
docking scores in the ligand binding domain (LBD) of the receptors, similar to known natural ligands.
Supporting these predictions we found that 20(OH)L3 inhibits RORγ and RORα transactivation activities in a
Tet-on CHO cell reporter system, as well as reducing (RORE)-LUC reporter activity in skin cells. Thus, we
have discovered a new lumisterogenic biochemical pathway that is biologically relevant. To investigate its role
in skin physiology and pathology we formulate the hypothesis that skin-derived L3 is enzymatically activated
generating (OH)nL3 compounds which regulate epidermal barrier and photoprotective functions through
interaction with RORα and RORγ. This hypothesis will be tested via three aims. 1. Defining RORα and RORγ
as functional receptors for novel hydroxylumisterol derivatives ((OH)nL3); 2. Defining the phenotypic activities
of (OH)nL3 in cultured epidermal keratinocytes and in human skin histocultured ex vivo; 3. Defining the relative
roles of RORα and RORγ in (OH)nL3-mediated regulation of the differentiation program and protective
mechanisms against UVB radiation in the epidermis. Our highly mechanistic strategy combines techniques of
primary epidermal and organ cultures, in silico methods, cell-based transcriptional studies coupled to the LBD
of RORα/γ, the use of genetically modified cells, whole genome RNA sequencing with bioinformatics, and the
techniques of biochemistry, chemistry and molecular biology. This proposal is a comprehensive, multi-
disciplinary and state-of-the-art investigation. Its significance encompasses defining a role for a previously
unrecognized pathway of activation of an important UV photoproduct, L3, in skin physiology and pathology.
The practical outcome of the realization of aims 1-3 would be the use of the most potent (OH)nL3 as agent(s)
that either enhance the epidermal barrier or prevent or reverse damage inflicted by noxious stressors and
UVB. Establishing roles for RORs in these processes will define them as druggable pharmacological targets.
UVB 破坏 7-脱氢胆固醇的 B 环,导致前维生素 D3 的形成,
主要是热异构化为 D3 或光异构化为 9β,10α-L3 构型。
皮肤长时间暴露于 UVB 能量后形成光异构体,该过程是不可逆的 L3。
被认为在代谢和生物学上不活跃,其形成解释了为什么 UVB
最近我们发现,诱导皮肤产生前 D3 不会导致 D3 全身中毒。
L3 由 CYP11A1 代谢为 22(OH)L3、24(OH)L3、20,22(OH)2D3 和 pregnalumisterol (pL) [统称为
称为 (OH)nL3],通过 LC/qTOF-MS,我们证明了人血清中 L3 的存在水平较高。
比 D3 更高,并且表皮和血清中可检测到 (OH)nL3 水平。此外,我们发现 (OH)nL3。
抑制人表皮角质形成细胞的增殖,20(OH)L3 刺激
我们的初步研究与角质形成细胞分化和氧化应激保护相关的基因。
分子模型预测主要 (OH)nL3 产物可以作用于 RORα 和 RORγ,显示出良好的效果
受体配体结合域(LBD)中的对接分数,类似于已知的天然配体。
我们发现 20(OH)L3 抑制 RORγ 和 RORα 反式激活活性,支持这些预测。
Tet-on CHO 细胞报告系统,以及减少皮肤细胞中的 (RORE)-LUC 报告活性。
发现了一种新的发光生化途径,该途径具有生物学相关性,以研究其作用。
在皮肤生理学和病理学中,我们提出了皮肤来源的 L3 被酶促激活的假设
生成 (OH)nL3 化合物,通过调节表皮屏障和光保护功能
与 RORα 和 RORγ 的相互作用 该假设将通过三个目标进行检验 1. 定义 RORα 和 RORγ。
作为新型羟基米甾醇衍生物 ((OH)nL3) 的功能受体;2. 定义表型活性
3. 定义相对值;
RORα和RORγ在(OH)nL3介导的分化程序和保护性调节中的作用
我们的高度机械化策略结合了以下技术:
原代表皮和器官培养物、计算机方法、与 LBD 耦合的基于细胞的转录研究
RORα/γ、转基因细胞的使用、生物信息学的全基因组 RNA 测序以及
该提案是一项综合性、多学科的生物化学、化学和分子生物学技术。
其重要性包括为先前的人员定义角色。
皮肤生理学和病理学中重要的紫外线光产物 L3 的激活途径尚未被认识。
实现目标 1-3 的实际结果是使用最有效的 (OH)nL3 作为试剂
增强表皮屏障或预防或逆转有害压力源造成的损害
UVB。确定 ROR 在这些过程中的作用将把它们定义为可成药的药理学靶点。
项目成果
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